Hormoonid: definitsioon, toimemehhanism ja roll organismis
Hormoonid on endokriinsüsteemi keemilised sõnumitoojaid. Need on keemilised signaalid, mis koos närvisüsteemiga reguleerivad keha sisemist tööd — ainevahetust, kasvamist, reproduktsiooni, vedeliku- ja soojus tasakaalu ning paljusid teisi elutähtsaid protsesse. Igal hulkrakulisel organismil esinevad hormoonid. Rakkudel, mis reageerivad konkreetsele hormoonile, on selle hormooni jaoks spetsiaalsed retseptorid. Kui hormoon seondub oma retseptorvalguga, käivitub raku sees signaalimehhanism, mis viib muutusteni raku talitluses (näiteks valkude süntees, aine transport või geenide väljenduse muutus). Raku või kude, mis sõnumi vastu võtab, nimetatakse "sihtmärgiks". Hormoonid mõjutavad ainult neid rakke, millel on vastavad retseptorid.
Hormoonide liigitus ja omadused
- Peptiid- ja valgulised hormoonid — koosnevad aminohapetest (näiteks insuliin, glükagoon). Need on veeslahustuvad, ei läbi raku membraani, seovad raku pinnaretseptoritega ja kasutavad tihti teisesõnumisüsteeme (nt cAMP).
- Steroidhormoonid — lähtuvad kolesteroolist (nt kortisool, östrogeenid, testosteroon). Need on rasvlahustuvad, liiguvad verre sageli seondunult kandjaproteiinidele ja läbivad raku membraani, seostudes sageli raku tuuma retseptoritega, kus nad mõjutavad geenide tööd.
- Aminohappest tuletatud hormoonid — nt kilpnäärme hormoonid (T3, T4) ja katehhoolamiinid (adrenaliin, noradrenaliin). Mõned neist käituvad sarnaselt peptiididele (vesilahustuvad), teised (kilpnäärmehormoonid) nagu steroidid (rakkudes siseselt toimivad).
Endokriinsed näärmed ja hormoonide tootmine
Paljud rakud võivad signaale saata, kuid mõned rakkude grupid on spetsialiseerunud hormoonide tootmisele. Kui palju selliseid rakke on koos, nimetatakse neid näärmeteks. Näärmed toodavad ja vabastavad oma toodet vereringesse või kanalite kaudu. Sõna "endokriinne" tähendab, et eritub otse verre — enamik sisemisi erandeid pärineb endokriinsetest näärmetest. Vastupidine on "eksokriinne", mis tähendab, et eritub kanalite kaudu; mõned näited eksokriinsetest näärmetest on higinäärmed ja süljenäärmed, mille eritised vabanevad väljapoole keha. Mõned elundid (nt kõhunääre) sisaldavad nii endokriinseid kui ka eksokriinseid rakke.
Hormoonide toimemehhanism lühiülevaatena
- Retseptori seondumine: hormoon jõuab sihtrakku ja seondub spetsiifilisele retseptorile (membraani pinnal või raku sees).
- Sisendsignaali ülekandmine: membraaniretseptorite seondumisel aktiveeruvad teised valgud (G-valgud, ensüümid), tekivad teisesõnumid (nt cAMP, IP3), mis vahendavad raku reaktsiooni.
- Geenide reguleerimine: rasvlahustuvad hormoonid (nt steroidid) sisenevad tuuma ja mõjutavad otseselt geeniekspressiooni, muutes valkude tootmist.
- Mõju kestus: hormooni toime võib olla väga kiire (sekundid-minutid, nt adrenaliini kiire toime) või aeglasem ja pikaajaline (tunnid-päevad, nt kilpnäärme- või steroidide toimed).
Regulatsioon ja tagasiside
Hormoonide taset ja sekretsiooni reguleerivad keerukad mehhanismid, milles osalevad hüpotalamus, ajuripats (hüpofüüs) ja perifeersed näärmed. Tavapäraselt töötab süsteem negatiivse tagasiside põhimõttel: kui hormooni tase tõuseb piisavalt kõrgele, pidurdub selle edasine tootmine; kui tase langeb, stimuleeritakse tootmist. Näiteks hüpotalamus eritades tugihormoone mõjutab hüpofüüsi, mis omakorda reguleerib kilpnääret, adrenaaalkoorit ja gonade.
Vereringe, transport ja lagundamine
Mõned hormoonid on veres vabad ja kiire toimega, teised seonduvad kandjavalkudega (nt albumiin), mis pikendab nende poolestusaega ja stabiliseerib kontsentratsiooni. Hormoonid lõpevad sageli maksas või neerudes metaboliseerides ja eritatakse seejärel uriini või sapiga.
Füsioloogilised rollid ja näited
- Insuliin — reguleerib glükoosi raku sissevõttu ja ainevahetust; insuliini puudus põhjustab diabeeti.
- Adrenaliin — valmistab keha ette kiireks tegevuseks (südametöö tõus, veresuhkru tõus).
- Kilpnäärmehormoonid (T3, T4) — mõjutavad ainevahetuse kiirust ja arengut.
- Suguhormoonid (östrogeenid, progesteroon, testosteroon) — juhivad suguelundite arengut, suguküpsust ja reproduktiivset funktsiooni.
- Kortisool — aitab stressiga toime tulla, mõjutab ainevahetust ja immuunsüsteemi.
Kliiniline tähendus
Hormoonide tasakaal on tervise jaoks kriitiline. Hormonaalsed häired võivad põhjustada mitmesuguseid haigusi:
- Diabeet — insuliini puuduse või talitlushäire tõttu.
- Hüpotoorne või hüpertoorne kilpnääre — aeglane või kiirenenud ainevahetus, vastavalt.
- Addisoni ja Cushingi sündroom — adrenokortikaalsete hormoonide tekke häired.
Diagnoosimiseks kasutatakse vereanalüüse hormoonide taseme määramiseks, stimulatsiooni- ja pärssimisteste ning vajadusel pildiuuringuid näärmete hindamiseks.
Ajalugu lühidalt
Esimene hormooni avastus tehti 1902. aastal — see hormoon oli sekretiin. Sõna "hormoon" võeti esmakordselt kasutusse 1905. aastal, et kirjeldada keemilisi signaale, mis reguleerivad organismi talitusi.
Hormoonid on seega organismi peamised keemilised juhtnöörid — nad koordineerivad erinevaid süsteeme, hoiavad siseelu stabiilsena ja võimaldavad organismil reageerida väliskeskkonna muutustele.
Hormooni adrenaliini (adrenaliini) keemiline struktuur.
Tegevused
Hormoonid teevad palju asju. Nad reguleerivad ainevahetust. Ainevahetus on keemilised ja energeetilised reaktsioonid, mis toimuvad elusolendis. Hormoonid põhjustavad rakkude ja tervete organismide kasvu ja surma. Hormoonid käivitavad ja kontrollivad ka seksuaalset arengut. Näiteks hormoonid östrogeen ja progesteroon panevad tüdrukud läbima puberteedi. Hormoonid aitavad hoida organismis homöostaasi. Homöostaas tähendab, et organismis hoitakse püsivat seisundit, näiteks temperatuuri, vee ja soolade kogust ning suhkru kogust. Ühe näärme poolt vabanevad hormoonid võivad anda ka teistele näärmetele käsu toota erinevaid hormoone.
Hormoonide tüübid
Enamikul selgroogsetel on nelja tüüpi hormoone. Need on rühmitatud kemikaalide järgi, millest nad on valmistatud.
- Steroidhormoonid - need on valmistatud kolesteroolist. Steroidhormoonide hulka kuuluvad näiteks suguhormoonid östradiool ja testosteroon ning stressihormoon kortisool.
- Eikosanoidid: need on lipiidhormoonid - hormoonid, mis on valmistatud lipiididest, rasvadest. Need on enamasti hormoonid, mis saadavad sõnumeid raku lähedal, mis toodab hormoone.
- Aminohapetest saadud. Melatoniin toimib ajus ja türoksiin peaaegu kõigis keha rakkudes. Paljud neist hormoonidest on neurotransmitterid, hormoonid, mida üks närvirakk saadab teisele närvirakule.
- Peptiidid, polüpeptiidid ja valgud - väikeste peptiidhormoonide hulka kuuluvad TRH ja vasopressiin. Peptiide, mis koosnevad kümnetest või sadadest aminohapetest, nimetatakse valkudeks. Valguhormoonide hulka kuuluvad näiteks insuliin ja kasvuhormoon. Keerulisemad valguhormoonid kannavad süsivesikute kõrvalahelaid ja neid nimetatakse glükoproteiinhormoonideks. Luteiniseeriv hormoon, folliikuleid stimuleeriv hormoon ja kilpnäärme stimuleeriv hormoon on näited glükoproteiinhormoonidest.
Hormoonide reguleerimine
Bioloogias tähendab reguleerimine millegi kontrollimist. Seega tähendab hormoonide reguleerimine seda, et kontrollitakse, kui palju hormoone toodetakse ja vabastatakse rakkudest.
Negatiivne tagasiside
Hormoonide reguleerimine toimub enamasti negatiivse tagasiside abil. Negatiivse tagasiside korral põhjustab hormoon mõju. Hormooni tootvad rakud avastavad selle mõju ja selle tootmine lakkab.
Hea näide negatiivse tagasiside kohta on hormoon insuliin. Insuliini toodab kõhunääre. Insuliini vabastab kõhunääre vastuseks glükoosi tarbimisele. Glükoosi kogus veres tõuseb ja kõhunääre tuvastab selle suurenemise. Seejärel eritab ta insuliini verre. Insuliin suurendab glükoosi omastamist sihtrakkudes. Osa glükoosist kasutatakse rakkudes, kuid osa glükoosist ka muundatakse ja ladustatakse glükogeeni kujul. Glükoosi omastamine rakkudes vähendab vere glükoosisisaldust. Seda langust avastab kõhunääre ja vastuseks sellele lõpetab ta insuliini sekretsiooni vereringesse. Kui insuliini tase veres väheneb, väheneb ka glükoosi omastamine rakkudes.
See negatiivne tagasiside aitab seega säilitada normaalset veresuhkru taset ja hoiab ära äärmuslikud muutused.
Hormoone on kolme peamist tüüpi. Steroidhormoonid on mittepolaarsed ja ei vaja retseptorit. Teine tüüp on peptiidhormoonid. Kolmas on türosiinist saadud hormoonid. Näiteks on T3- ja T4-hormoonid, mida toodab kilpnääre.
Vastasreguleerivad hormoonid
Sageli kontrollivad sama toodet kaks hormooni, millest üks suurendab ja teine vähendab eesmärki. Vere glükoosisisaldus on organismile väga oluline ja seda kontrollib rohkem kui üks hormoon. Ka teised hormoonid panevad glükoositaseme tõusma või langema. Kui glükoositase langeb liiga madalale, vabastab organism hormoone, mis teevad insuliinile vastupidist. Nad ei käsita keha rakke verest glükoosi üles võtma. Nad ütlevad rakkudele, et nad paneksid glükoosi tagasi verre. Selliseid hormoone, mis toimivad vastupidiselt teistele hormoonidele, nimetatakse vastureguleerivateks hormoonideks. Insuliini vastureguleerivad hormoonid on glükagoon ja adrenaliin.
Positiivne tagasiside
Enamikku olulisi asju organismis hoiavad homöostaasis negatiivne tagasiside ja vastureguleerivad hormoonid. Mõnda asja kontrollitakse siiski teistmoodi. Üks haruldane viis on positiivne tagasiside. Negatiivse tagasiside korral paneb hormooni mõju näärme lõpetama hormoonide tootmise. Positiivse tagasiside korral juhtub vastupidine. Hormooni toime käsib näärmel toota veelgi rohkem hormoone.
Positiivse tagasiside näiteks on hormoon, mis põhjustab sünnitust (kui lapsed sünnivad.) Hormoon, mis põhjustab seda, on oksütotsiin. Seda hormooni toodab hüpofüüs. Kui laps hakkab välja tulema, venitab see emakakaela (emaka põhja) lihast. Emakakaela närvid saadavad sõnumi hüpofüüsile. See sõnum paneb hüpofüüsi vabastama rohkem oksütotsiini. Seejärel põhjustab oksütotsiin emaka lihaste kokkutõmbumist ehk pigistamist. See põhjustab emakakaela suuremat venitamist. See venitus annab seejärel ajuripatsile käsu toota veelgi rohkem oksütotsiini. Nii et oksütotsiinitase tõuseb pidevalt, kuni emaka pigistamine või kokkutõmbumine sunnib lapse välja.
Võrdlus neurotransmitteritega
Hormoonide ja neurotransmitterite vahel on selged erinevused:
- Hormoon võib toimida laiemas ruumis ja ajaskaalal kui neurotransmitter.
- Hormonaalsed signaalid võivad liikuda kõikjal vereringesüsteemis, kuid neuraalsed signaalid kulgevad mööda eelnevalt olemasolevaid närviradu
- Närvisignaalid võivad edastada palju kiiremini (millisekundid) kui hormonaalsed signaalid (sekundid, minutid või tunnid). Neuronaalseid signaale võib saata kiirusega kuni 100 meetrit sekundis.
- Neuronaalne signaalimine on kõik-või-mitte-millegi (digitaalne) tegevus, samas kui hormonaalne signaalimine on tegevus, mis võib olla pidevalt muutuv. See sõltub hormooni kontsentratsioonist
Retseptorid
Enamik hormoone käivitab raku reaktsiooni, seondudes rakumembraanidega või raku sees asuvate retseptoritega. Rakkudel võib olla mitu erinevat retseptoritüüpi, mis tunnevad sama hormooni, kuid aktiveerivad erinevaid signaaliülekande radu, või rakul võib olla mitu erinevat retseptorit, mis tunnevad erinevaid hormoone ja aktiveerivad sama biokeemilise raja.
Vasakul : steroid (lipiid) hormoon (1) siseneb rakku (2) seondub retseptorvalguga (3) põhjustab mRNA sünteesi, mis on valgu sünteesi esimene samm. Paremal: valguhormoonid (1) seonduvad retseptoritega, mis (2) käivitavad transduktsioonirada. (3) tuumas aktiveeritakse transkriptsioonifaktorid: valgu süntees algab. Mõlemal joonisel on a hormoon, b rakumembraan, c tsütoplasma ja d tuum.
Keemilised klassid
Hormoonid on määratletud funktsionaalselt, mitte struktuuriliselt. Neil võivad olla erinevad keemilised struktuurid. Hormoonid esinevad paljuraksetes organismides (taimed, loomad, seened, pruunvetikad ja punavetikad). Need ühendid esinevad ka ainuraksetes organismides ja võivad toimida signaalmolekulidena,
Peptiidhormoon
Peptiidhormoonid on lühikese aminohappeahelaga hormoonid.
Seotud leheküljed
Küsimused ja vastused
K: Mis on hormoonid?
V: Hormoonid on endokriinsüsteemi keemilised sõnumitoojaid. Need on signaalid, mis reguleerivad koos närvisüsteemiga keha sisemist tööd. Igal hulkraksel organismil on hormoonid.
K: Kuidas hormoonid toimivad?
V: Kui hormoon seondub raku retseptorvalguga, käivitub signaalimehhanism. Raku või kude, mis selle sõnumi vastu võtab, nimetatakse "sihtmärgiks". Hormoonid toimivad ainult rakkudele, millel on õiged retseptorid.
K: Mis on sisesekretsiooninääre?
V: Endokriinsed näärmed on rakkude rühm, mis toodavad midagi ja vabastavad seda (panevad selle rakust väljapoole). Paljud näärmed toodavad hormoone ja enamik sisemisi eritisi pärineb endokriinsetest näärmetest.
K: Mis on eksokriinsed näärmed?
V: Eksokriinsed näärmed on näärmed, mis eritavad hormoone kanalite või torude kaudu, mitte otse vereringesse nagu endokriinsed näärmed. Eksokriinsete näärmete hulka kuuluvad näiteks higinäärmed ja süljenäärmed, mille saadused eralduvad väljapoole keha.
K: Kes avastas esimesena hormoonid?
V: Hormooni avastas esimesena 1902. aastal teadlane, kes tuvastas sekretiini kui hormooni. Sõna "hormoon" kasutati esmakordselt 1905. aastal.
K: Kas kõik rakud on võimelised sõnumeid saatma?
V: Jah, paljud erinevad rakuliigid võivad saata sõnumeid hormoonide kaudu, mis kinnituvad nende retseptorvalkude külge ja käivitavad mehhanismid teiste rakkude või kudede signaalimiseks, et reguleerida kehafunktsioone sisemiselt.
